细胞生物学(翟中和)重点

; 第八章第八章 蛋白质分选与膜泡运输蛋白质分选与膜泡运输 一、分泌蛋白合成的模型分泌蛋白合成的模型-信号假说信号假说 信号假说信号假说 信号肽信号肽 与共转移与共转移 导肽导肽 与后转移与后转移 信号假说信号假说 信号假说内容信号假说内容 指导因子指导因子： 蛋白质蛋白质N-端的信号肽 信号识别颗粒） 信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白）等 在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系 信号肽与共转移信号肽与共转移 信号肽与信号斑 起始转移序列和终止转移序列 起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数 跨膜蛋白的取向 导肽与后转移导肽与后转移 基本的特征： 蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细 胞器中，称后转移 蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠，还 需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白Hsp70）使其能 够正确地折叠成有功能的蛋白。 二、蛋白质分选与分选信号二、蛋白质分选与分选信号 分选途径分选途径 门控运输 跨膜运输 膜泡运输 拓扑学等价性的维持 三膜泡运输三膜泡运输 膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍 存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白本 身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定 向运输及其复杂的调控过程。 三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用 。 膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装、去组装的复杂 调控 三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用 网格蛋白包被小泡 COPII包被小泡 COPI包被小泡 网格蛋白包被小泡 负责蛋白质从高尔基体TGN质膜、胞 内体或溶酶体和植物液泡运输 在受体介导的细胞内吞途径也负责将物 质从质膜内吞泡(细胞质) 胞内体溶酶体运输 高尔基体TGN是网格蛋白包被小泡形成的发源地 COPII包被小泡 负责从内质网高尔基体的物质运输； COPII包被蛋白由5种蛋白亚基组成；包被蛋白的装配是受控的； COPII包被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。 COPI包被小泡包被小泡 COPI包被含有8种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配 与去装配依赖于ARF； 负责回收、转运内质网逃逸蛋白 ER。 细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制： 转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运； 通过识别驻留蛋白C-端的回收信号(lys-asp-glu-leu,KDEL) 的特异性受体，以COPI-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。 COPI-包被小泡在非选择性的批量运输( bulk flow)中 行使功能, 负责 rER Golgi SV PM。 COPI-包被小泡除行使GolgiER逆行转运外，也可行 使顺行转运功能, 从ERER-Golgi ICGolgi。 第九章 细胞信号转导 一、一、 (细胞通讯细胞通讯) ：指一个信号产生细胞发出的信息通过介质（配体）传递 到另一个靶细胞并与其相应的受体相互作用，然后通过细 胞信号转导产生靶细胞内一系列生理生化变化，最终表现 为靶细胞整体的生物学效应的过程。 1、可分为、可分为3种方式种方式：细胞通过化学信号进行细胞间通讯 ，是多细胞生物普遍采用的通讯方式；细胞间接触依赖 性通讯，细胞间直接接触，通过信号细胞跨膜信号分子与 相邻靶细胞表面受体相互作用；动物相邻细胞间形成间 隙连接、植物细胞间通过胞间连丝使细胞间相互沟通，通 过交换小分子实现代谢偶联或电偶联，从而实现功能调控 。 2、细胞分泌化学信号的作用方式、细胞分泌化学信号的作用方式：内分泌，由内分泌细 胞分泌信号分子到血液中，通过血液循环运送到体内各个 部位，作用于靶细胞旁分泌，细胞通过分泌局部化学介 质到细胞外液中，经过局部扩散作用于邻居靶细胞通过 化学突触传递神经信号自分泌细胞对自身分泌的信号分 子产生反应。 3、通过胞外信号所介导的细胞通讯如下步骤：信号细胞 合成并释放信号分子转运信号分子至靶细胞信号分子 与靶细胞表面受体特异性结合并导致受体激活活化受体 启动靶细胞内一种或多种信号转导途径引发细胞代谢、 功能或基因表达的改变信号的解除并导致细胞反应终止 。 、第二信使学说第二信使学说：胞外化学信号（第一信使）不能进入细 胞，它作用于细胞表面受体，导致产生胞内信号（第二信 使），从而引发靶细胞内一系列生化反应，最后产生一定 的生理效应，第二信使的降解使其信号作用终止。 第二信使至少有两个基本特性: 是第一信使同其膜受体结合后最早在细胞膜内侧或胞浆 中出现、仅在细胞内部起作用的信号分子；能启动或调 节细胞内稍晚出现的反应信号应答。 第二信使都是小的分子或离子。细胞内有五种最重要的第 二信使:cAMP、cGMP、1,2-二酰甘油、1,4,5- 三磷酸肌醇(IP3)、Ca2+ 等。 第十章第十章 细胞骨架细胞骨架 细胞骨架包括微，微管，中间丝细胞骨架包括微，微管，中间丝 细胞骨架特点：弥散性，整体性，变动性细胞骨架特点：弥散性，整体性，变动性 一、微丝一、微丝 又称肌动蛋白纤维， 是指真核细胞中由肌动蛋白组成、直径为7nm的骨架纤维。 成分成分 肌动蛋白是微丝的结构成分,外 观呈哑铃状, 这种actin又叫G-actin，将 G-actin形成的微丝又称为F-actin。 装 配 MF是由G- actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性, 装配时呈头尾相接, 故微丝具有极性，既正极与负极之别。 体外实验表明，MF正极与负极都能生长，生长快的一端为 正极，慢的一端为负极；去装配时，负极比正极快。由于G- actin 在正极端装配，负极去装配，从而表现为踏车行为。 体内装配时，MF呈现出动态不稳定性，主要取决于F- actin结合的ATP水解速度与游离的G- actin单体浓度之间的关系。 MF动态变化与细胞生理功能变化相适应。在体内, 有些微丝是永久性的结构, 有些微丝是暂时性的结构。 微丝特异性药物微丝特异性药物 细胞松弛素：可以切断微丝,并结合 在微丝正极阻抑肌动蛋白聚合,因而导致微丝解聚。 鬼笔环肽：与微丝侧面结合,防止MF解聚。 微丝功能微丝功能 维持细胞形态，赋予质膜机械强度维持细胞形态，赋予质膜机械强度 细胞运动细胞运动 微绒毛微绒毛 应力纤维应力纤维 参与胞质分裂参与胞质分裂 肌肉收缩肌肉收缩 微丝遍及胞质各处，集中分布于质膜下，和其结合蛋白形成 网络结构，维持细胞形状和赋予质膜机械强度，如哺乳动物 红细胞膜骨架的作用。成纤维细胞爬行与微丝装配和解聚相 关 是肠上皮细胞的指状突起，用以增加肠上皮细胞表面积，以利于营养 的快速吸收。 应力纤维应力纤维:广泛存在于真核细胞。 成分：肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白和- 辅肌动蛋白。介导细胞间或细胞与基质表面的粘着。 （细胞贴壁与粘着斑的形成相关，在形成粘合斑的质膜下， 微丝紧密平行排列成束，形成应力纤维,具有收缩功能。） 收缩环由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩机制是肌动蛋白和肌 球蛋白相对滑动。 肌肉收缩肌肉收缩(muscle contraction) 肌肉可看作一种特别富含细胞骨架的效力非常高的能量转换器 ，它直接将化学能转变为机械能。 肌肉的细微结构(以骨骼肌为例) 肌小节的组成 肌肉收缩系统中的有关蛋白 肌肉收缩的滑动模型 由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程 肌肉收缩系统中的有关蛋白肌肉收缩系统中的有关蛋白 肌球蛋白 原肌球蛋白 由两条平行的多肽链形成- 螺旋构型,位于肌动蛋白螺旋沟内,结合于细丝, 调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。 肌钙蛋白为复合物，包括三个亚基：TnC(Ca2+敏感性蛋白) 能特异与Ca2+结合; TnT(与原肌球蛋白结合); TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性) 由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程由神经冲动诱发的肌肉收缩基本过程205 动作电位的产生 Ca2+的释放 原肌球蛋白位移 肌动蛋白丝与肌球蛋白丝的相对滑动 Ca2+的回收 二微二微 管管 微管结构与组成微管结构与组成 微管可装配成单管,二联管(纤毛和 鞭毛中),三联管(中心粒和基体中)。 装配装配 装配方式 所有的微管都有确定的极性 微管装配是一个动态不稳定过程 -微管蛋白和-微管蛋白形成二聚 体,二聚体先形成环状核心(ring),经过侧面 增加二聚体而扩展为螺旋带,二聚体平行于 长轴重复排列形成原纤维(protofilament)。当螺 旋带加宽至13根原纤维时,即合拢形成一段微管。 微管装配的动力学不稳定性是指微管装配 生长与快速去装配的一个交替变换的现象 动力学不稳定性产生的原因： 微管两端具GTP帽(取决于微管蛋白浓度),微 管将继续组装,反之,无GDP帽则解聚。 微管特异性药物微管特异性药物 秋水仙素(colchicine) 阻断微管蛋 白组装成微管，可破坏纺锤体结构。 紫杉酚(taxol)能促进微管的装配, 并使已形成的微管稳定。 为行使正常的微管功能,微管动力学 不稳定性是其功能正常发挥的基础。 微管组织中心微管组织中心(MTOC) 概念： 常见微管组织中心 中心体 基体 微管在生理状态或实验处理解聚 后重新装配的发生处称为微管组织中 常见微管组织中心常见微管组织中心 间期细胞MTOC： 中心体(动态微管) 分裂细胞MTOC：有丝分裂纺锤体极(动态微管) 鞭毛纤毛细胞MTOC：基体(永久性结构) 中心体中心体 中心体结构 中心体复制周期 管蛋白：位于中心体周围的基质中，环形 结构，结构稳定，为微管蛋白二聚体提 供起始装配位点，所以又叫成核位点 第 3 页 共 9 页 基体基体 位于鞭毛和纤毛根部的类似结构称为基体（basal body ） 中心粒和基体均具有自我复制性质 微管功能微管功能 维持细胞形态 细胞内物质的运输 细胞器的定位 鞭毛运动和纤毛运动 纺锤体与染色体运动 维持细胞形态维持细胞形态 用秋水仙素处理细胞破坏微管,导致细胞 变圆,说明微管对维持细胞的不对称形状是重要 的。对于细胞突起部分,如纤毛、鞭毛、轴突的 形成和维持, 微管亦起关键作用。 细胞内物质的运输细胞内物质的运输 真核细胞内部是高度区域化的体系, 细胞中合成的物质、一些细胞器等必须经过细胞内运输过程 。这种运输过程与细胞骨架体系中的微管有关 根据其结合的骨架纤维以及运动方向和携带的转运物不同而 分为不同类型。胞质中微管分为两大类： 驱动蛋白:通常朝微管的正极方向运动 动力蛋白：朝微管的负极运动的分子结构的运输方式 三、中间纤维三、中间纤维 10nm纤维,因其直径介于肌粗丝和细丝之间, 故被命名为中间纤维。IF几乎分布于所有动物细胞，往往形成一个网 络结构，特别是在需要承受机械压力的细胞中含量相当丰富。如上皮 细胞中。除了胞质中，在内核膜下的核纤层也属于IF。 中间纤维的装配 中间纤维的成分与分布 中间纤维结合蛋白（ IFAP ）及其判定标准 中间纤维的功能 中间纤维的装配中间纤维的装配 中间纤维装配过程 IF装配与MF,MT装配相比，有以下几个特点： IF装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT的单体呈球形)； 反向平行的四聚体导致IF不具有极性； IF在体外装配时不需要核苷酸或结合蛋白的辅助， 在体内装配后，细胞中几乎不存在IF单体(但IF的存在 形式也可以受到细胞调节，如核纤层的装配与解聚)。 中间纤维的成分与分布 IF成分比MF,MT复杂，具有组织特异性。 IF在形态上相似，而化学组成有明显的差别。 中间纤维类型与分布 中间纤维蛋白的表达具有严格的组织特异性 中间纤维的功能中间纤维的功能 增强细胞抗机械压力的能力 角蛋白纤维参与桥粒的形成和维持 结蛋白纤维是肌肉Z盘的重要结构组分， 对于维持肌肉细胞的收缩装置起重要作用 神经元纤维在神经细胞轴突运输中起作用 参与传递细胞内机械的或分子的信息 中间纤维与mRNA的运输有关 核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的关系核纤层蛋白的分子结构及其与中间纤维蛋白的关系 核纤层与中间纤维之间的共同点 两者均形成10nm纤维; 两者均能抵抗高盐和非离子去垢剂的抽提; 某些抗中间纤维蛋白的抗体能与核纤层发生交叉反应 LaminA和LaminC的cDNA克隆推导出核纤层蛋白的氨 基酸顺序与中间纤维蛋白高度保守的- 螺旋区有很强的同源性, 说明核纤层蛋白是中间纤维蛋白. 功能 为核膜及染色质提供了结构支架 Cyclin-Cdk复合物的多样性及细胞周期运转 细胞周期运转的阻遏(细胞周期运转的负调控) 11章章 细胞核与染色体细胞核与染色体 第一节第一节 核被膜与核孔复合体核被膜与核孔复合体 核被膜核被膜 (细胞核细胞核) 是细胞内储存遗传物质的场所。真核生物的细胞都有细胞 核, 只有成熟的红细胞和植物成熟的筛管没有细胞核。主要由 核被膜，核纤层，染色质，核体组成。 细胞核有两个主要功能: 一是通过遗传物质的复制和细胞分裂保持细胞世代间的连 续性(遗传); 二是通过基因的选择性表达, 控制细胞的活动 核被膜的功能核被膜的功能 核被膜在细胞有丝分裂过程中有规律地解体与重建结构组成核被膜在细胞有丝分裂过程中有规律地解体与重建结构组成 外核膜，附有核糖体颗粒 内核膜，有特有的蛋白成份（如核纤层蛋白B受体） 核纤层 核周间隙 核孔 核被膜的功能核被膜的功能 构成核、质之间的天然选择性屏障避免生命活动的彼此干扰 保护DNA不受细胞骨架运动所产生的机械力的损伤 核质之间的物质交换与信息交流 核被膜在细胞在有丝分裂中有规律地解体与重建核被膜在细胞在有丝分裂中有规律地解体与重建 新核膜来自旧核膜 核被膜的去组装是非随机的，具有区域特异性。 以非洲爪蟾卵提取物为基础的非细胞核装配体系提供了实验模 型 核被膜的解体与重建的动态变化受细胞周期调控因子的调节， 调节作用可能与核纤层蛋白、核孔复合体蛋白的磷酸化与去磷酸 化修饰有关。 核孔复合体核孔复合体 柱状亚单位 腔内亚单位 环带亚单位 中央栓 核孔复合体成份的研究核孔复合体成份的研究 gp210：结构性跨膜蛋白结构性跨膜蛋白 p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域已知的脊椎 动物核孔复合体的蛋白成份简表gp210：结构性跨膜蛋白结构性跨膜蛋白 介导核孔复合体与核被膜的连接，将核孔复合体锚定在“孔膜区 ”，从而为核孔复合体装配提供一个起始位点 在内、外核膜融合形成核孔中起重要作用 在核孔复合体的核质交换功能活动中起一定作用 p62：功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域功能性的核孔复合体蛋白，具有两个功能结构域 疏水性N端区：可能在核孔复合体 功能活动中直接参与核质交换 C端区：可能通过与其它核孔复合体 蛋白相互作用，从而将p62分子稳定到 核孔复合体上，为其N端进行核质交换 活动提供支持。 核孔复合体的功能核孔复合体的功能 核质交换的双向性亲水通道 核孔复合体物质运输功能示意图 爪蟾卵母细胞核质蛋白注射实验 通过核孔复合体的主动运输 亲核蛋白与核定位信号 亲核蛋白入核转运的步骤 转录产物RNA的核输出 通过核孔复合体的主动运输 生物大分子的核质分配主要是通过核孔复合体的 主动运输完成的，具有高度的选择性，并且是双向的。 选择性表现在以下三个方面： 对运输颗粒大小的限制：有效功能直径可被 调节约1020nm，甚至可达26nm， 主动运输是一个信号识别与载体介导的过程， 需要消耗能量，并表现出饱和动力学特征 主动运输具有双向性，即核输入与核输出 亲核蛋白与核定位信号 亲核蛋白 在细胞质内合成后，需要或能够进入细胞核内发挥功能的 一类蛋白质 核质蛋白i的入核转运 核定位信号 第二节第二节 染染 色色 质质 染色质的概念及化学组成染色质的概念及化学组成 染色质的基本结构单位染色质的基本结构单位核小体核小体 染色质包装的结构模型染色质包装的结构模型 常染色质和异染色质常染色质和异染色质 一、染色质的概念及化学组成一、染色质的概念及化学组成 染色质概念染色质概念 染色质 指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量 RNA组成的线性复合结构, 是间期细胞遗传物质存在 的形式。 染色体 指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中, 由染色质聚缩 而成的棒状结构。 染色质与染色体是在细胞周期不同的功能阶段可以相互转变形态结 构 染色质与染色体具有基本相同的化学 组成，但包装程度不同,构象不同。 染色体染色体DNA 基因组基因组 凡是具有细胞形态的所有生物其遗传物质都是DNA。在真核细胞中 ，每条未复制的染色体包装一条DNA分子，一个生物贮存在单倍染 色体组中的总遗传信息，称为该生物的基因组。 基因组大小通常随物种的复杂性而增加 基因组中两类遗传信息 编码序列 调控序列 DNA分子一级结构具有多样性分子一级结构具有多样性 单一序列单一序列) 又称非重复序列, 在一个基因组中一般只有一个拷贝。真核生物的绝大多数 结构基因在单倍体中是单拷贝或几个拷贝(15个拷贝)。 (重复序列重复序列) 拷贝数在10个以上的序列称为重复序列。根据基因的重复 程度, 可以分为两类: 中度重复序列, 重复次数在102 105 之间, 如组蛋白基因、rRNA基因均属此类, 虽然都能转录，但除了组蛋白基因外，其它基因都不能翻 译; 高度重复序列, 重复次数在105 以上。高度重复序列DNA通常由简单的核苷酸序列组成,分 布在染色体的着丝粒区和端粒区。 非重复序列DNA 中度重复DNA序列 短散在重复元件 长散在重复元件 在物种进化过程中是基因组中可移动的遗传元件，并且影响 基因表达。 高度重复DNA序列 卫星DNA，主要分布在染色体着丝粒部位； 小卫星DNA，又称数量可变的的串联重复 序列，常用于DNA指纹技术作个体鉴定； 卫星DNA重复单位序列最短，具高度多态性，在遗传上高度保守 ，为重要的遗传标志。 。 染色体蛋白质染色体蛋白质 负责DNA分子遗传信息的组织、复制和阅读 组蛋白： 非组蛋白： 非组蛋白的不同结构模式 组蛋白 核小体组蛋白：H2B、H2A、H3和H4,帮助DNA卷曲形成核小体 的稳定结构 H1组蛋白：在构成核小体时H1起连接作用, 它赋予染色质以极性。 特点： 真核生物染色体的基本结构蛋白，富含带 正电荷的Arg和Lys等碱性氨基酸，属碱性蛋白质，可以和酸性的D NA紧密结合（非特异性结合）； 没有种属及组织特异性，在进化上十分保守。 非组蛋白非组蛋白 非组蛋白具多样性和异质性 对DNA具有识别特异性，又称序列特异性DNA结合蛋白 具有多种功能，包括基因表达的调控和染色质高级结构的形成 。 二、染色质的基本结构单位二、染色质的基本结构单位 核小体主要实验证据核小体主要实验证据 铺展染色质的电镜观察 未经处理的染色质自然结构为30nm的纤丝，经盐溶液处理 后解聚的染色质呈现10nm串珠状结构 用非特异性微球菌核酸酶消化染色质，部分酶解片 段分析结果 应用X射线衍射、中子散射和电镜三维重建技术研究，发 现核小体颗粒是直径为11nm、高6.0nm的扁园柱体，具有二分对称 第 5 页 共 9 页 性（dyad symmetry），核心组蛋白的构成是先形成（H3）2（H4）2四聚体 ，然后再与两个H2AH2B异二聚体结合形成八聚体 SV40微小染色体 分析与电镜观察 三、染色质包装的结构模型三、染色质包装的结构模型 染色体的骨架染色体的骨架-放射环结构模型放射环结构模型 染色体包装的不同组织水平染色体包装的不同组织水平 染色质包装的多级螺旋模型染色质包装的多级螺旋模型 一级结构：核小体 二级结构：螺线管 三级结构：超螺线管 四级结构：染色单体 压缩7倍 压缩6倍 压缩40倍 压缩5倍 DNA核小体螺线管超螺线管 染色单体 染色体的骨架染色体的骨架-放射环结构模型放射环结构模型 非组蛋白构成的染色体骨架和由骨架伸出的无数的DNA侧环） 30nm的染色线折叠成环, 沿染色体纵轴, 由中央向四周伸出,构成放射环。 由螺线管形成DNA复制环,每18个复制环呈放射状平面排列, 结合在核基质上形成微带(miniband)。微带是染色体高级结构的单位, 大约106个微带沿纵轴构建成子染色体。 四、常染色质和异染色质四、常染色质和异染色质 常染色质 概念：指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低, 处于伸展状态（典型包装率750倍）, 用碱性染料染色时着色浅的那些染色质。 单一序列 DNA 和中度重复序列DNA(如组蛋白基因和tRNA基因) 并非所有基因都具有转录活性,常染色质状态只是基因转录的必要 条件而非充分条件 异染色质 概念：碱性染料染色时着色较深的染色质组分 类型 结构异染色质（或组成型异染色质） 兼性异染色质 结构异染色质或组成型异染色质 除复制期以外，在整个细胞周期均处于聚缩状态， 形成多个染色中心 结构异染色质的特征： 在中期染色体上多定位于着丝粒区、端粒、次缢痕 及染色体臂的某些节段； 由相对简单、高度重复的DNA序列构成, 如卫星DNA； 具有显著的遗传惰性, 不转录也不编码蛋白质； 在复制行为上与常染色质相比表现为晚复制早聚缩； 在功能上参与染色质高级结构的形成，导致染色质区 间性，作为核DNA的转座元件，引起遗传变异。 兼性异染色质 在某些细胞类型或一定的发育阶段, 原来的常染色质聚缩, 并丧失基因转录活性, 变为异染色质，如X染色体随机失活 异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径 第三节第三节 染色体染色体 中期染色体的形态结构中期染色体的形态结构 染色体的主要结构类型 中着丝粒染色体中着丝粒染色体 亚中着丝粒染色体亚中着丝粒染色体 亚端着丝粒染色体亚端着丝粒染色体 端着丝粒染色体端着丝粒染色体 染色体的主要结构 (着丝粒着丝粒) 染色体中连接两个染色单体, 并将染色单体分为两臂: 短臂(p)和长臂(q)的部位。由于此部位的染色质较细、内缢, 又叫主缢痕。 (动粒动粒) 是由着丝粒结合蛋白在有丝分裂期间特别装配起来的、附 着于主缢痕外侧的圆盘状结构，内侧与着丝粒结合，外侧 与动粒微管结合。每一个中期染色体含有两个动粒,位于着 丝粒的两侧。 哺乳动物的动粒可分为三个不同的区域: 即内层、中间层和外层, 直径约为200nm。 (次缢痕次缢痕) 是染色体上的一个缢缩部位, 由于此处部分的DNA松懈, 形成核仁组织区, 故此变细。它的数量、位置和大小是某些染色体的重要形 态特征。每种生物染色体组中至少有一条或一对染色体上 有次缢痕。 NOR (核仁组织区核仁组织区) 是细胞核特定染色体的次缢痕处，含有rRNA基因的一段染 色体区域，与核仁的形成有关，故称为核仁组织区。核仁 是NOR中的基因活动而形成的可见的球体结构。 (随体随体) 是位于染色体末端的、圆形或圆柱形的染色体片段, 通过次缢痕与染色体主要部分相连。它是识别染色体的主 要特征之一。根据随体在染色体上的位置,可分为两大类: 随体处于末端的, 称为端随体; 处于两个次缢痕之间的称为中间随体。 核型与染色体显带核型与染色体显带 (核型核型) 是指染色体组在有丝分裂中期的表型 , 是染色体数目、大小、形态特征的总 和。在对染色体进行测量计算的基础 上, 进行分组、排队、配对, 并进行形态分析的过程叫核型分析。 核型模式图将一个染色体组的全部染色体逐个按 其特征绘制下来, 再按长短、形态等特征排列起来的图象称为核型模式图,它代表一 个物种的核型模式。 (多线染色体多线染色体) 核内DNA多次复制产生的子染色体平行排列, 且体细胞内同源染色体配对, 紧密结合在一起, 从而阻止了染色体纤维进一步聚缩, 形成体积很大的由多条染色体组成的结构叫多线染色体。 多线化的细胞处于永久间期, 体积也相应增大, 它存在于双翅目昆虫的幼虫组织内, 如唾液腺、气管等。 多线染色体来源于核内有丝分裂。 (灯刷染色体灯刷染色体) 是卵母细胞进行第一次减数分裂时, 停留在双线期的染色体。它是一个二 价体, 含4条染色单体, 由轴和侧丝组成, 形似灯刷。染色体轴由染色粒, 是指染色质凝集而成的颗粒)轴丝构成, 每条染色体轴长400m, 从染色粒向两侧伸出两个相类似的侧 环,伸出的环是成对对称的, 一个平均大小的环约含100kb DNA。 第四节第四节 核核 仁仁 (核仁核仁) 是细胞核中一个匀质的球体 ，由纤维区、颗粒区、核仁 染色质、基质等四部分所组 成。核仁是真核细胞间期核 中最明显的结构。核仁的主 要功能是进行核糖体RNA的 合成 核基质核基质 核基质或核骨架概念 狭义概念仅指核基质，即细胞核内除了核被膜、核纤层、 染色质与核仁以外的网架结构体系。 广义概念应包括核基质、核纤层(或核纤层-核孔复合体结 构体系),以及染色体骨架。 。 十三章十三章 细胞周期与细胞分裂细胞周期与细胞分裂 细胞周期细胞周期 概念：细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分 完成所经历的一个有序过程。其间细胞遗传物 质和其他内含物分配给子细胞。 细胞周期时相组成间期，有丝分裂期 胞质分裂期 细胞沿着G1SG2MG1周期性运转，在间期细胞体积增大(生长) ，在 M 期细胞 先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个细胞周期。 不同细胞的细胞周期时间差异很大 S+G2+M 的时间变化教小，细胞周 期时间长短主要差别在G1期有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期 根据增殖状况，细胞分类三类 连续分裂细胞 休眠细胞(Go细胞) 终末分化细胞 G0期细胞和终末分化细胞的界限有时难以划 分，有的细胞过去认为属于终末分化细胞，目前 可能被认为是G0期细胞。 细胞周期中不同时细胞周期中不同时相及其主要事件及其主要事件 G1G1期期 与DNA合成启动相关，开始合成细胞生长所 需要的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂 等，同时染色质去凝集。 G2G2期期 DNA复制完成，在G2期合成一定数量的蛋白质和RNA分子 M 期期 M期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主 要包括两种方式，即有丝分裂和减数分裂。遗传物质和细胞内其 他物质分配给子细胞。 S S期期 DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构 S期DNA合成不同步 细胞周期长短测定细胞周期长短测定 脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法 流式细胞仪测定法 缩时摄像技术， 可以得到准确的细胞周期时间及分裂间 期和分裂期的准确时间。 细胞周期同步化细胞周期同步化 自然同步化，如有一种粘菌的变形体plasmodia，某些受精卵 早期卵裂 人工选择同步化 药物诱导法 条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用： 将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移 到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞 周期中某一特定时期。 人工选择同步化人工选择同步化 有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞。优点是细 胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。缺点是 分离的细胞数量少。 密度梯度离心法：根据不同时期的细胞在体积和重量 上存在差别进行分离。优点是方法 简单省时，效率高， 成本低。缺点是对大多数种类的细胞并不适用。 药物诱导法药物诱导法 DNA合成阻断法 G1/S-TdR双阻断法：最终将 细胞群阻断于G1/S交界处。优点是同步化效率高， 几乎适合于所有体外培养的细胞体系。缺点是诱 导过程可造成细胞非均衡生长 分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞 第 7 页 共 9 页 分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点 是操作简便，效率高。缺点是这些药物的毒性相对 较大 有丝分裂有丝分裂 (前期前期) 是有丝分裂的第一期, 该期的主要特征是染色质凝缩成完全相同的两条染色单体连接 而成的具有明显特征的染色体。 前期发生的主要事件有4种：染色体的凝集、分裂极的确定、 核仁的消失和核膜的解体。染色体凝集是前期开始的第一个特 征, 实际上是染色体的螺旋化、折叠和包装过程。此时出现线状的 纤维, 有丝分裂因此而得名。核仁消失和核膜解体是前期的另一个重 要特征。前期末,核膜解体,核仁缩小消失,分散于胞质之中。 (前中期前中期) 标志事件是核膜崩解，完成纺锤体装配，染色体整列。是介于 前期与中期之间的一个过渡期。前中期的主要特征是染色体剧 烈地活动, 个别染色体剧烈地旋转、振荡、徘徊于两极之间。此时期的主 要事件是纺锤体(spindle)的装配。核周围的纺锤体侵入细胞核 的中心区,一部分纺锤体微管的自由端结合到染色体的着丝粒 上, 形成动粒微管，这一过程是随机进行的。 (中期中期) 标志是染色体整列完成并且所有染色体排列到赤道面上，纺锤 体结构呈现典型的纺锤样。牵拉假说和外推假说。每一条染色 体逐渐向纺锤体中心区移动，最终整齐排列在赤道板上。当两 极的纺锤体微管分别同染色体的动粒结合，装配成动粒微管之 后，即进入中期。染色体在纺锤体动粒微管的作用下, 逐渐移向纺锤体的中心区, 称为纺锤体赤道。 染色体移向赤道, 是纺锤体动粒微管相互作用的结果，并且是染色体由不稳定状 态向稳定状态转变的过程。 (静止期细胞静止期细胞) 又称Go期细胞，指暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，去执 行一定的生物学功能的细胞。 (终末分化细胞终末分化细胞) 指那些分化程度高，一旦生成后，则终生不再分裂的细胞。 （细胞板）（细胞板）在分裂的植物细胞中，由膜泡融合形成的扁平的膜 结构，是新生植物细胞质膜的前体。 (后期后期) 标志是中期整列的染色体使其两条姐妹染色单体分离，分别向 两极运动。有丝分裂的一个时期，这一时期的主要特点是: 着丝粒分开, 染色单体移向两极。在后期的开始阶段, 每一染色体的着丝粒在纺锤体微管的作用发生断裂,进而造 成染色单体分开, 并移向两极。几乎所有的姐妹染色单体都同时分裂, 此时每条染色单体成为独立的染色体。 根据染色体被拉向两极所受到的力的不同，又将后期分为 后期A和后期B。 在后期A，染色体运动的力主要是由动粒微管的去装配产生 的,此时的染色体运动称为向极运动。在后期B，染色体运动 的力主要是由极微管的聚合产生的，此时的运动称为染色 体极分离运动。 (末期末期) 染色体着丝粒断裂后，染色单体分别移到 纺锤体的两极并重新形成核膜的时期。该 期的主要特点是:染色体解螺旋形成细丝, 核膜小泡重新包围两组染色体，相互融合, 形成完整的核膜和新的细胞核。 减数分裂概念与过程 概念：减数分裂是细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次分裂， 染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂 减数分裂过程 (细线期细线期) 减数分裂前期的一个时期，又称凝集期。此期在光学显 微镜下可逐渐见到染色体，染色质在凝集前已复制，但仍 呈单条细线状，看不到成双的染色体。但在电子显微镜下 ，可观察到此期的染色体是由两条染色单体构成的。 由于很多细线染色体的端粒与核膜结合，使染色体装配成 花束状，所以细线期又称花束期。此期核的体积增大，核 仁也较大，推测与RNA、蛋白质合成有关。 (偶线期偶线期) 减数分裂前期的第二个时期，此期染色质进一步凝集， 同源染色体发生配对，称为联会，所以此期又称配对期。 (粗线期粗线期) 前期I的第三个阶段，又称重组期。该阶段开始于同源染色 体联会之后，染色体明显变粗变短（至少缩短了四分之一 ），结合紧密，此期染色体形态是一个明显的四分体。 在粗线期，细胞中也存在DNA的合成，称为P- DNA，交换过程中DNA链的修复、连接均与此相关。在粗 线期核仁融合成一个大核仁，并与核仁形成中心所在的染 色体相连。 此期要发生染色体的交换重组，并可见到在联会复合体的 梯状结构中出现的重组节。 (双线期双线期) 前期I的第四个阶段，此期染色体长度进一步变短，联会复合 体因发生去组装而逐渐消失，紧密配对的同源染色体相互分开 ，而在非姊妹染色单体之间的某些部位上，可见其相互间有接 触点，称为交叉。 减数分裂的意义 确保世代间遗传的稳定性； 增加变异机会，确保生物的多 样性，增强生物适应环境变 化的能力。 减数分裂是生物有性生殖的基础， 是生物遗传、生物进化和生物多 样性的重要基础保证。 减数分裂特点 遗传物质只复制一次，细胞连续分裂两次， 导致染色体数目减半 S期持续时间较长 同源染色体在减数分裂期I(MeiosisI)配对联会、基因重组 减数分裂同源染色体配对排列在中期板上,第一次分列时, 同源染色体分开 前期I分为细线期，偶线期，粗线期，双线期， 终变期等五个阶段 形成联会复合体 同源染色体间遗传物质重组,产生新的基因组合 一、细胞周期调控系统的主要作用 在适当时候激活细胞周期各个时相的相关酶 和蛋白,然后自身失活(正调控) 确保每一时相事件的全部完成(负调控) 对外界环境因子起反